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蓄能提升50%,中外重金布局固态电池

第一财经 2020-01-05 20:40:40 听新闻

相比传统锂离子电池,固态电池的能量密度和安全性更高。

电池技术的发展重新定义了能源,从智能手机到电动汽车,电池技术已无处不在。

日前,在斯德哥尔摩大学举行的一场面对1000位公众的公开讲座上,因发明锂离子电池而分享2019年诺贝尔化学奖的日本科学家吉野彰(Arika Yoshino)表示:“锂离子电池在创新中将扮演非常重要的角色,并引领可持续社会的发展。”

但电池技术还有进步的空间,吉野彰认为,固态电池的前景就非常广阔。

相比传统锂离子电池,固态电池的能量密度和安全性更高。机构预计,固态电池将在十年后量产。中外企业争相持重金进入,国内的个别企业早已抢先布局,部分企业已具备小批量生产能力。

锂离子电池的两大难题

上世纪80年代初,当吉野彰还在实验室里开发新型电池技术的时候,他根本没有想到锂电池将会成为未来电池技术的中心。“那个时候,我想它们可能只能用在8毫米的摄像机里面。”吉野彰笑称,“今天人们几乎已经离不开它们,从智能手机到所有的电子产品,包括电动牙刷和电动小摩托。”

从早期的铅酸电池,到丰田等日企主打的镍氢电池,再到2008年特斯拉roaster使用的锂离子电池。传统液态锂离子电池已引领动力电池市场十年,但安全问题引发关注。

2016年,三星召回了250万部Galaxy Note 7智能手机,原因就是锂离子电池起火。随着锂电池的普及,锂电池的安全性也越来越受到关注。

国际第三方检测、检验和认证机构德国莱茵TUV集团相关负责人向第一财经记者表示:“锂离子电池生产与应用行业安全问题日益严峻。”在国内,莱茵TUV集团已经与宁德时代(300750.SZ)签署全球框架合作协议,双方将围绕电池、储能系统、生产设备及生产过程展开全方位合作。

在安全性之外,锂离子电池最大的问题是蓄能。即便是今天最先进的锂离子电池,也只能存储石油或者航空煤油能量的很小一部分,这也打压了诸如电动飞机这类更大计划的雄心。

但电池蓄能的提升有助于通过可再生能源的利用应对气候变化问题。航空碳排放每年都要达到5亿吨的量,电池技术的提升将使得新能源变革成为可能。

在2019年的巴黎航展上,以色列航空领域的初创公司Eviation就展示了一架使用清洁能源作为动力的全电动商用飞机的原型机,未来希望能够替代30%的300英里以下的短途飞行。而如果电池的能量密度能够得到进一步的提升,那么未来高速公路上的大型货车也将能使用电动动力来替代燃油。

固态电池储能提升50%

吉野彰承认,电池技术还有待进步,但好在已经找到了一些“很有意思的方法”。吉野彰对第一财经记者表示:“我认为固态电池代表了未来的一个方向,固态电池在基础研发方面已经取得了重大的突破性进展,而对于大规模量产的研发技术也正在进步。”

固态电池是采用固态电解质的锂离子电池,由于固态电解质取代了传统锂离子电池中可能燃爆的有机电解液,解决了高能量密度和高安全性能两大难题。在相同能量下用固态电解质取代电解液的电池,具有更高的能量密度,同时拥有更大的功率和更长的使用时间,是下一代锂电池发展的大趋势。

“固态电池能够比锂离子电池存储能力提升50%。”固态电池生产商Solid Power首席执行官、美国科罗拉多大学教授Douglas Campbel表示,“由于锂离子电池有液体,因此有安全隐患,固态电池更加稳定。”

但固态电池也存在挑战。比如Solid Power正在开发的电池对锂的金属形态有很高的要求,但这种金属是非常难以处理的。另一个问题是金属锂还不能被大规模地工业化提炼,因此很难得到足够多的工业用锂。

与吉野彰分享诺贝尔奖的英国科学家威廷汉表示,固态电池可能会率先在智能手机等小型电子产品中应用。“因为在大规模系统中应用仍然存在很大的问题。”威廷汉称。

尽管看好固态电池的发展前景,但吉野彰认为,如果单从价格方面考量,固态电池要与锂离子电池竞争,恐怕还得等上10年。

据了解,半固态与全固态电池的综合成本是现有锂电池的两到三倍,中金公司预计,至2025年,国内有望实现部分关键材料的突破与配套,批量化的成本降低。

能源研究机构Wood Mackenzi分析师Rory McCarthy也表示,固态电池以及其他新的电池技术都面临的一大挑战是与锂离子工厂的竞争,由于锂离子工厂正在全球扩张,因此生产成本将快速下降。而建立一座工厂的时间周期基本要4~5年才能全面投产,资产回报要等上10年左右。

“未来10年,锂离子电池仍将主导电池行业。”吉野彰对第一财经记者表示。

普及还要等上十年

固态电池作为业界公认的下一代锂电技术,或许将在十年后真正普及。

恒大研究院预计,固态电池技术真正成熟可能需要等到2025年前后,真正具备量产能力可能需要等到2030年前后。研究机构预计,到2030年,全球固态电池需求有望接近500GWh。

当前,全球多家巨无霸车企对于固态电池都在投入重金竞相研发。日韩以大公司主导技术研发相对领先,欧美以初创公司为主积极布局。

据Yole统计,2018年全球布局固态电池的大公司占比约50%。其中以丰田、宝马、大众、现代等车企为主,包括三星SDI、LG化学、优美科等传统锂电池及材料厂商。欧美国家主要科研机构,如麻省理工学院、科罗拉多大学等科研机构先后衍生出SolidEnergy System、Solid Power等初创企业,并获得车企等融资。

国内方面则以产业链公司与科研机构为主导,台湾辉能、卫蓝新能源、清陶能源等部分企业具备小批量生产能力。台湾辉能、24M率先步入商业化,清陶能源已建成0.1GWh固态锂电池产线,卫蓝新能源和中科院物理所合作并拥有固态锂电池试制线。

赣锋锂业(002460.SZ)于2017年和中科院宁波材料所合作设立固体电解质材料工程中心,2018年启动2亿瓦时固态锂电池中试生产线建设项目。国轩高科(002074.SZ)研发的半固体电池现已处于实验室向中试转换阶段。宁德时代则推进聚合物和硫化物基固态电池方向的研发工作。

此外,上汽集团(600104.SH)、天齐锂业(002466.SZ)、万向等已参投固态电池企业。

责编:胡军华

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